KR102124100B1 - 코딩 교육 시스템 - Google Patents

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KR102124100B1 KR1020190058499A KR20190058499A KR102124100B1 KR 102124100 B1 KR102124100 B1 KR 102124100B1 KR 1020190058499 A KR1020190058499 A KR 1020190058499A KR 20190058499 A KR20190058499 A KR 20190058499A KR 102124100 B1 KR102124100 B1 KR 102124100B1
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Abstract

본 발명은 아두이노를 사용하여 작성된 코드의 동작을 실시간으로 확인 가능하도록 하는 교육 시스템에 관한 것으로서, 학습 대상 함수를 예제 별로 분류한 복수의 학습 카테고리를 저장하며, 학습자로부터 학습 카테고리를 선택받고, 선택된 학습 카테고리에 포함된 적어도 하나의 예제 코드를 제공하는 카테고리 선택부; 상기 예제 코드에 변수를 입력 받아, 작성된 코드의 실행 예를 표시하는 예제 작성부; 및 작성된 코드를 입력받아 실행하는 코드 실행부를 포함한다.

Description

코딩 교육 시스템{SYSTEM FOR CODING EDUCATION}
본 발명은 코딩 교육 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 아두이노를 사용하여 작성된 코드의 동작을 실시간으로 확인 가능하도록 하는 교육 시스템에 관한 것이다.
최근 미국, 영국 등의 선진국을 필두로 디지털 시대에 어울리는 창의력과 논리적 사고력 등의 컴퓨팅적 사고(Computational Thinking)을 유아나 어린이 단계에서 기르도록 하기 위한 디지털 교육의 일환으로 코딩(Coding)교육에 대한 관심이 상당히 높아지고 있다.
이와 같은 코딩 교육의 열풍에 발맞추어 다양한 형태의 컨텐츠와 장치의 개발이 진행되고 있으며, 이와 관련하여 한국등록특허 제1708862호, 한국등록특허 제1502271호, 한국공개특허공보 제2015-0098598호, 한국공개특허공보 제2017-0025057호 등의 선행기술이 특허출원되어 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 선행기술들을 포함하는 종래의 기술은 블록을 이용한 게임 장치라는 공통점을 가지고 있으나, 게임 진행이나 조작에 있어 블록이라는 대체언어를 사용함으로써 각각의 플러그인 설치등 제어장치가 복잡하고 PC환경에 따라 호환성에 제한을 받아 콘텐츠를 제공한다는 측면에서 적절하지 못한 점이 있으며 컴퓨터언어가 아닌 대체 언어를 사용함으로써 소프트웨어 전문 인력 양성 및 코딩 교육의 보급 및 확산이라는 측면에서 현장 적용에 문제점이 있는 상황이다.
특허문헌 1 : 한국등록특허 제10-1708862호 특허문헌 2 : 한국공개특허공보 제10-2015-0098598호
본 발명은 종래 교육 시스템의 단점을 해결하기 위한 것으로서, 아두이노스케치를 사용하여 작성된 코드의 동작을 실시간으로 확인 가능하도록 하는 교육 시스템의 제공을 목적으로 한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 코딩 교육 시스템은, 습 대상 함수를 예제 별로 분류한 복수의 학습 카테고리를 저장하며, 학습자로부터 학습 카테고리를 선택받고, 선택된 학습 카테고리에 포함된 적어도 하나의 예제 코드를 제공하는 카테고리 선택부; 상기 예제 코드에 변수를 입력 받아, 작성된 코드의 실행 예를 표시하는 예제 작성부; 및 작성된 코드를 입력받아 실행하는 코드 실행부를 포함한다.
이때, 상기 학습 카테고리는, 생활 코딩, 미술 코딩, 스마트 홈 코딩, 스마트 팜 코딩, 자율주행 자동차 코딩 및 드론 코딩을 포함하고, 상기 카테고리 선택부는, 상기 학습자로부터 상기 생활 코딩, 상기 미술 코딩, 상기 스마트 홈 코딩, 상기 스마트 팜 코딩, 상기 자율주행 자동차 코딩 및 상기 드론 코딩 가운데 하나의 카테고리를 선택받고, 선택된 카테고리에 포함된 예제 코드를 상기 학습자에게 제공할 수 있다.
이때, 상기 예제 작성부는, 학습 대상 함수의 기능을 설명하는 함수 기능 설명 모듈; 함수에 적용 가능한 변수를 설명하고, 변수에 입력에 따른 코드의 실행 예를 사용자 단말의 화면에 표시하는 시뮬레이션 모듈을 포함할 수 있다.
이때, 타 학습자의 작성 코드를 수신하고, 모범 예제로 선정하여 상기 카테고리 선택부에 제공하는 모범 예제 선정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 코드 실행부는, 작성된 코드를 입력받아 실행하는 아두이노 보드; 상기 아두이노 보드로 상기 작성된 코드에 포함된 변수를 입력하는 역할을 수행하는 복수의 센서; 및 복수의 상기 센서가 배치되는 브레드 보드를 포함할 수 있다.
한편, 상기 코드 실행부는, 작성된 코드를 입력받아 실행하는 모바일 단말; 및 상기 모바일 단말로 상기 작성된 코드를 전송하는 코드 전송 동글을 포함할 수 있다.
아울러, 상기 모바일 단말은, 상기 작성된 코드를 시뮬레이션하는 아두이노 플레이어 모듈; 상기 아두이노 플레이어 모듈로 상기 작성된 코드에 포함된 변수를 입력하는 역할을 수행하는 복수의 센서 모듈; 및 복수의 상기 센서가 배치되는 브레드 보드 모듈을 포함할 수 있다.
이때, 상기 센서 모듈은, 상기 모바일 단말에 구비된 센서로부터 입력되는 값을 상기 작성된 코드에 포함된 변수의 입력 값으로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 코딩 교육 시스템에 의하면,
첫째, 모듈 코딩을 사용하지 않으므로 종래의 블록 언어 대신에 텍스트 기반한 언어의 교육이 가능하다.
둘째, 아두이노 보드를 사용하여 학습자가 코딩한 예제의 실제 동작을 확인할 수 있어 학습 효과를 높일 수 있다.
셋째, 학습자는 생활 코딩, 미술 코딩, 스마트 홈 코딩, 스마트 팜 코딩, 자율주행 자동차 코딩 및 드론 코딩 등으 여러 카테코리 중에서 예제 코드를 선택할 수 있으므로 호기심에 따른 학습 의욕을 높일 수 있다.
넷째, 모바일 단말을 사용하여 아두이노 보드를 시뮬레이션 할 수 있으며, 모바일 단말에 구비된 센서를 사용하여 학습 예제의 코딩이 가능하므로 교구 비용을 절감할 수 있다.
다섯째, 모바일 단말을 사용하여 아두이노 보드를 시뮬레이션 할 수 있으므로, 학습자 단말과 아두이노 보드의 연결시 발생할 수 있는 기술적인 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 따라서 보다 다양한 연령자의 코딩 학습을 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코딩 교육 시스템의 블록도이다.
도 2는 카테고리 선택부의 세부 블록도이다.
도 3은 예제 작성부 및 코드 실행부의 세부 블록도이다.
도 4는 모바일 단말의 세부 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코딩 교육 시스템의 블록도이고, 도 2는 카테고리 선택부의 세부 블록도이고, 도 3은 예제 작성부 및 코드 실행부의 세부 블록도이고, 도 4는 모바일 단말의 세부 블록도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 코딩 교육 시스템(1000)은 카테고리 선택부(100), 예제 작성부(200), 코드 실행부(300), 모범 예제 선정부(400) 및 모바일 단말(500)을 포함한다.
카테고리 선택부(100)는 학습 대상 함수를 예제 별로 분류한 복수의 학습 카테고리를 저장하며, 학습자로부터 학습 카테고리를 선택받고, 선택된 학습 카테고리에 포함된 적어도 하나의 예제 코드를 제공한다.
예제 작성부(200)는 예제 코드에 변수를 입력 받아, 작성된 코드의 실행 예를 표시한다.
코드 실행부(300)는 작성된 코드를 입력받아 실행한다.
모범 예제 선정부(400)는 타 학습자의 작성 코드를 수신하고, 모범 예제로 선정하여 카테고리 선택부(100)에 제공한다.
모바일 단말(500)은 예제 작성부(200)에서 작성이 완료된 코드를 입력받아 실행한다.
본 발명에서 학습 대상으로 하는 언어는 마우스 조작을 사용하는 블록 언어(예를 들어, 스크레치)가 아닌 자판으로 입력받는 텍스트 기반의 언어이다. 본 발명에서 학습 대상으로 하는 언어는 예를 들어 'C 언어'를 들 수 있다.
언어 학습(즉, 코딩 학습)의 목적은 언어를 사용하는 문법의 이해 및 함수의 이해에 있다.
본 발명은 함수 이해, 함수의 사용 방법, 응용 방법을 효과적으로 학습자에게 제시하기 위해, 주변에서 접할 수 있는 다양한 프로그램의 사용형태를 몇 가지의 카테고리로 정하여 제공한다.
도 2를 참조하면, 카테고리 선택부(100)는 복수의 학습 카테고리로서, 생활 코딩(C1), 미술 코딩(C2), 스마트 홈 코딩(C6), 스마트 팜 코딩(C3), 자율주행 자동차 코딩(C4) 및 드론 코딩(C6)을 포함한다.
학습자는 카테고리 선택부(100)에 포함된 여러 카테고리 (C1,~ C6) 가운데 흥미가 있거나 학습 진도에 맞는 카테고리를 선택할 수 있다.
선택된 카테고리에 포함된 예제 코드를 학습자에게 제공된다.
예제 작성부(200)는 함수 기능 설명 모듈(210), 코드 작성 모듈(220) 및 시뮬레이션 모듈(230)을 포함한다.
학습자가 예를 들어, 생활 코딩(C1) 카테고리를 선택하고 예제 1을 선택하면 예제 1의 코드(설명의 편의상 '코드 C1-1'로 부르기로 함) '코드 C1-1'이 코드 작성 모듈(220)로 호출된다.
함수 기능 설명 모듈(210)은 호출된 '코드 C1-1'에 포함된 함수들에 대한 기능을 설명한다. 예를 들어 학습자가 마우스 조작등과 같은 조작을 통해 함수를 선택하면 별도의 창을 통해 해당 함수의 사용 방법(문법, 변수 입력 방법)이 표시된다.
시뮬레이션 모듈(230)은 함수에 적용 가능한 변수를 설명하고, 변수에 입력에 따른 코드의 실행 예를 사용자 단말의 화면에 표시한다.
예를 들어, 코드 작성 모듈(220)의 인터페이스 가운데 '시뮬레이션 실행'등과 같은 실행 명령을 통해 작성 코드의 동작 여부를 확인할 수 있다.
코드 실행부(300)는 코드 작성 모듈(220)에서 작성된 코드를 입력받아 실행한다.
일 실시형태로, 코드 실행부(300)는 아두이노 보드(310), 센서(330a, 330b) 및 브레드 보드(320)를 포함할 수 있다.
아두이노 보드(310)는 코드 작성 모듈(220)에서 작성된 코드를 입력받아 실행한다. 구체적으로는 코드 작성 모듈(220)은 작성된 코드를 컴파일 하고, 컴파일이 완료된 바이너리 파일이 아두이노 보드(310)로 전송되고, 아두이노 보드(310)는 바이너리 파일을 실행한다.
카테고리 선택부(100)와 예제 작성부(200)는 개인용 컴퓨터(PC)에서 구동될 수 있으며, PC와 아두이노 보드(310)는 범용 시리얼 버스(Universal Serial Bus, USB)인터페이스를 통해 연결될 수 있다.
센서(330a, 330b)는 작성 코드에 포함된 변수를 입력하는 역할을 수행한다. 코드에 따라 여러 종류의 센서가 사용될 수 있다.
브레드 보드(320)는 센서(330a, 330b)가 배치되는 기판이다. 센서(330a, 330b)의 올바른 동작을 위해 저항, 코일 및 캐패세터와 같은 수동 소자(미도시)가 더 브레드 보드(320)에 배치될 수 있다.
함수 기능 설명 모듈(210)에서 이미지 표시등과 같은 방식으로 브레드 보드(320)에 센서(330a, 330b)를 배치하고 회선을 연결하는 설명을 표시할 수 있다.
한편, 다양한 실시 형태에 따르면 예제 작성부(200)는 코드 작성 모듈(220)에서 작성된 코드를 블록 언어로 변환하여 사용자에게 제공하는 블록 언어 변환 모듈(미도시)를 포함할 수 있다.
블록 언어 변환 모듈(미도시)은 예를 들어 예제 1로 선택된 코드 C1-1이 작성되면, 실시간 또는 사용자의 선택에 따라 텍스트로 작성되는 코드를 블록 언어로 변환하여 사용자에게 표시할 수 있다. 본 발명에서 사용되는 블록 언어는 '스크레치'를 예를 들 수 있다.
실시자에 따라 블록 언어 변환 모듈은 '스크레치' 작성 프로그램과 연동되는 방식으로 구동될 수도 있으며, 단순히 코드 C1-1의 알고리즘을 시각적으로 블록화 하는 방식으로 구현될될 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예로서, 코드 실행부(300)는 모바일 단말(500)로 대체 수행될 수 있다.
저학년 학습자와 같이 전자 부품에 대한 사전 학습이 부족한 학습자의 경우, 아두이노 보드(310)와 PC의 연결, 아두이노 보드(310)와 브레드 보드(320) 및 센서(330a, 330b)의 연결에 어려움을 겪을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서는 모바일 단말(500)이 코드 실행부(300)를 대체할 수 있다.
모바일 단말(500)은 애플리케이션의 설치 및 실행이 가능하고, 무선 통신을 통해 타 기기와 정보 교환이 가능한 기기를 의미한다. 예를 들어 스마트폰 또는 태블릿 PC등이 본 발명의 모바일 단말(500)로 사용될 수 있다.
모바일 단말(500)은 코드 작성 모듈(220)에서 작성된 코드를 입력받아 실행한다. 도시 생략되었으나, 모바일 단말(500)과 PC와의 연결을 수행하는 코드 전송 동글을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 코드 전송 동글은 블루투스 동글이 사용될 수 있다. 즉, 블루투스 동글을 통해 모바일 단말(500)과 예제 작성부(200)가 연결되어 작성된 코드가 무선으로 전송될 수 있다.
모바일 단말(500)은 아두이노 플레이어 모듈(510), 센서 모듈(520) 및 브레드 보드 모듈(530)을 포함한다.
이때, 아두이노 플레이어 모듈(510), 센서 모듈(520) 및 브레드 보드 모듈(530)은 코딩 학습앱(APP) 상에서 구현될 수 있다.
즉, 모바일 단말(500)에 코딩 학습앱(APP)을 구동하고 플레이어 모듈(510), 센서 모듈(520) 및 브레드 보드 모듈(530)을 호출하여 도 3에 도시된 코드 실행부(300)를 가상 환경으로 구현한다.
아두이노 플레이어 모듈(510)은 작성된 코드를 시뮬레이션한다. 센서 모듈(520)은 아두이노 플레이어 모듈(510)로 작성된 코드에 포함된 변수를 입력하는 역할을 수행한다. 브레드 보드 모듈(530)은 도 3에 도시된 브레드 보드(320)역할을 한다.
이때, 센서 모듈(520)은 모바일 단말(500)에 구비된 센서(540)로부터 입력되는 값을 작성된 코드에 포함된 변수의 입력 값으로 사용할 수 있다. 도시된 바에 따르면 센서(540)는 한개 인것 처럼 도시되었으나, 간결한 도시를 위한 것으로서 센서(540)는 모바일 단말(500)에 구비되는 다양한 종류의 센서를 모두 포함하는 것으로 이해하는 것이 바람직하다.
예를 들어, 일정 밝기 이상의 빛이 수신될 경우 특정 동작을 수행하는 코드를 실행하는 경우 센서 모듈(520)에서 조도 센서(미도시)를 호출하여 브레드 보드 모듈(530)에 배치하고, 배선 연결을 통해 아두이노 플레이어 모듈(510)과 연결한다. 이때, 조도 센서(미도시)에서 입되는 값은 모바일 단말(500)에 구비된 조도 센서에서 입력되는 값을 사용할 수 있다.
다른 예로, 일정 데시벨 이상의 소리가 수신될 경우 특정 동작을 수행하는 코드를 실행하는 경우 센서 모듈(520)에서 음향센서 센서(미도시)를 호출하여 브레드 보드 모듈(530)에 배치하고, 배선 연결을 통해 아두이노 플레이어 모듈(510)과 연결한다. 이때, 음향 센서(미도시)에서 입되는 값은 모바일 단말(500)에 구비된 마이크에서 수신되는 음향 신호의 값을 사용할 수 있다.
또 다른 예로, 모바일 단말(500)에 구비된 가속도 센서를 이용할 수도 있다.
일정 크기 이상의 충격이 발생하는 경우 특정 동작을 수행하는 코드를 실행하는 경우 센서 모듈(520)에서 가속도 센서(미도시)를 호출하여 브레드 보드 모듈(530)에 배치하고, 배선 연결을 통해 아두이노 플레이어 모듈(510)과 연결한다. 이때, 가속도 센서(미도시)에서 입되는 값은 모바일 단말(500)에 구비된 가속도 센서의 측정 값을 사용할 수 있다.
한편, 사용자가 소지한 모바일 단말(500)은 기종마다 센서의 특성(즉, 센서 감도)이 상이하다.
모바일 단말(500)은 센서 보정 DB(미도시)를 더 포함할 수 있다. 센서 보정 DB는 각 모바일 단말의 기종별 센서의 입력 특성을 저장하여, 센서에서 입력되는 값을 보정 및 표준화(레귤레이션)하여 코딩 학습앱(APP)으로 제공한다. 따라서, 각기 다른 종류의 모바일 단말(500)을 사용하여도 아두이노 플레이어 모듈(510), 센서 모듈(520) 및 브레드 보드 모듈(530)에서 동일한 동작을 가능하게 한다.
본 실시예에 따르면 모바일 단말(500)을 사용하여 아두이노 보드(310)를 시뮬레이션 할 수 있으며, 모바일 단말(500)에 구비된 센서(540)를 사용하여 학습 예제의 코딩이 가능하므로 교구 비용을 절감할 수 있다. 또한, 모바일 단말(500)을 사용하여 아두이노 보드(310)를 시뮬레이션 할 수 있으므로, 학습자 단말(PC)과 아두이노 보드(310)의 연결시 발생할 수 있는 기술적인 문제를 효과적으로 해결할 수 있다. 따라서 보다 다양한 연령자의 코딩 학습을 가능하게 한다
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1000 : 코딩 교육 시스템
100 : 카테고리 선택부
200 : 예제 작성부
300 : 코드 실행부
400 : 모범 예제 선정부
500 : 모바일 단말

Claims (8)

  1. 학습 대상 함수를 예제 별로 분류한 복수의 학습 카테고리를 저장하며, 학습자로부터 학습 카테고리를 선택받고, 선택된 학습 카테고리에 포함된 적어도 하나의 예제 코드를 제공하는 카테고리 선택부;
    상기 예제 코드에 변수를 입력 받아, 작성된 코드의 실행 예를 표시하는 예제 작성부;
    작성된 코드를 입력받아 실행하는 코드 실행부;
    작성된 코드를 입력받아 실행하는 모바일 단말; 및
    상기 모바일 단말로 상기 작성된 코드를 전송하는 코드 전송 동글을 포함하고,
    상기 학습 카테고리는,
    생활 코딩, 미술 코딩, 스마트 홈 코딩, 스마트 팜 코딩, 자율주행 자동차 코딩 및 드론 코딩을 포함하고,
    상기 카테고리 선택부는,
    상기 학습자로부터 상기 생활 코딩, 상기 미술 코딩, 상기 스마트 홈 코딩, 상기 스마트 팜 코딩, 상기 자율주행 자동차 코딩 및 상기 드론 코딩 가운데 하나의 카테고리를 선택받고,
    선택된 카테고리에 포함된 예제 코드를 상기 학습자에게 제공하며,
    상기 예제 작성부는,
    학습 대상 함수의 기능을 설명하는 함수 기능 설명 모듈;
    상기 예제 코드를 호출하여 코드작성 인터페이스를 제공하고, 작성된 코드를 컴파일 하는 코드작성모듈;
    상기 코드작성모듈에서 작성된 코드를 블록 언어로 변환하여 사용자에게 제공하는 블록 언어 변환 모듈;
    함수에 적용 가능한 변수를 설명하고, 변수에 입력에 따른 코드의 실행 예를 사용자 단말의 화면에 표시하는 시뮬레이션 모듈을 포함하고,
    타 학습자의 작성 코드를 수신하고, 모범 예제로 선정하여 상기 카테고리 선택부에 제공하는 모범 예제 선정부를 더 포함하며,
    상기 코드 실행부는,
    작성된 코드를 입력받아 실행하는 아두이노 보드;
    상기 아두이노 보드로 상기 작성된 코드에 포함된 변수를 입력하는 역할을 수행하는 복수의 센서; 및
    상기 복수의 센서가 배치되는 브레드 보드를 포함하고,
    상기 모바일 단말은,
    상기 작성된 코드를 시뮬레이션하는 가상의 아두이노 플레이어 모듈;
    상기 아두이노 플레이어 모듈로 상기 작성된 코드에 포함된 변수를 입력하는 역할을 수행하고, 상기 작성된 코드에 대응하여 조도센서, 음향센서 및 가속도 센서중 적어도 하나를 호출하는 가상의 복수의 센서 모듈;
    가상의 복수의 센서 모듈이 배치되는 가상의 브레드 보드 모듈; 및
    모바일 단말의 기종별 센서의 입력 특성을 저장하여, 센서에서 입력되는 값을 보정하고 표준화하여 제공하는 센서 보정 DB;를 포함하며,
    상기 복수의 센서 모듈은,
    상기 모바일 단말에 구비된 센서로부터 입력되는 값을 상기 작성된 코드에 포함된 변수의 입력 값으로 사용하는 것을 특징으로 하는 코딩 교육 시스템.
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